[发明专利]基于异步ToF离散点云的3D成像方法

说明书

本发明提供了一种基于异步ToF离散点云的3D成像方法，通过异步离散光束投射器在一预设的时间段内按时间顺序顺次向目标物体的不同区域投射多束离散准直光束；通过光探测器阵列成像器顺次接收经所述目标物体反射的多束所述离散准直光束并测量出多束所述离散准直光束的传播时间，进而能够获得所述目标物体的多个区域的深度数据，根据所述目标物体多个区域的深度数据生成所述目标物体表面的深度数据。本发明能够实现针对具体3D成像应用场景中最优化的精度和点云密度，并且能够在每次投射时，保持较低的光功率，能够满足功耗和激光人眼安全的限制。

技术领域

本发明涉及3D成像领域，具体地，涉及基于异步ToF离散点云的3D成像方法。

背景技术

ToF(time of flight)技术是一种从投射器发射测量光，并使测量光经过目标物体反射回到接收器，从而能够根据测量光在此传播路程中的传播时间来获取物体到传感器的空间距离的3D成像技术。常用的ToF技术包括单点扫描投射方法和面光投射方法。

单点扫描投射的ToF方法采用一个单点投射器，投射出单束的准直光，该单束的准直光的投射方向受到扫描器件的控制从而能够投射到不同的目标位置。光束单束的准直光经过目标物反射后，部分光被单点的光探测器接收，从而获取当前投射方向的深度测量数据。此种方法能够将所有的光功率集中在一个目标点上，从而在单个目标点实现的高信噪比，进而实现高精度的深度测量。整个目标物体的扫描依赖于扫描器件，比如机械马达、MEMS、光相控雷达等。将扫描获得的深度数据点拼接即可获取3D成像所需的离散点云数据。此种方法有利于实现远距离的3D成像，但需要使用复杂的投射扫描系统，成本较高。

面光投射的ToF方法则是投射出一个能量连续分布的面光束。投射光连续覆盖目标物体表面。光探测器为一个能够获取光束传播时间的光探测器阵列。目标物体反射的光信号经过光学成像系统在光探测器上成像时，每个探测器像点获得的深度即为其物象关系对应物体位置的深度信息。这种方法能够摆脱复杂的扫描系统。然而，由于面光投射的光功率密度远低于单数的准直光，信噪比相对于单点扫描投射的方法大大下降，使得这种方法仅能够适用于距离减小，精度较低的场景。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于异步ToF离散点云的3D成像方法。本发明采用异步离散光束的投射方法，能够在每次投射时，保持较低的光功率，能够满足功耗和激光人眼安全的限制。

本发明提供的基于异步ToF离散点云的3D成像方法，包括如下步骤：

通过异步离散光束投射器在一预设的时间段内按时间顺序顺次向目标物体的不同区域投射多束离散准直光束；

通过光探测器阵列成像器顺次接收经所述目标物体反射的多束所述离散准直光束并测量出多束所述离散准直光束的传播时间，进而能够获得所述目标物体的多个区域的深度数据，根据所述目标物体多个区域的深度数据生成所述目标物体表面的深度数据。

优选地，所述异步离散光束投射器包括设置在一光路上的边发射激光器和光束投射器；

所述边发射激光器，用于向所述光束投射器投射激光；

所述光束投射器，用于将入射的所述激光在一预设的时间段内按时间顺序顺次向目标物体的不同区域投射多束离散准直光束。

优选地，所述异步离散光束投射器包括设置在一光路上的激光器阵列、准直镜头和分束器件；

所述激光器阵列，包括多个呈阵列排列的多个激光器，多个所述激光器分为多个激光器发射组，在一预设的时间段内按时间顺序依次通过每个激光器发射组向所述准直镜头投射第一数量级的激光；

所述准直镜头，用于将入射的所述多束激光准直后出射第一数量级的准直光束；

所述分束器件，用于将入射的第一数量级的准直光束分束后出射第二数量级的准直光束；